Коэффициент укорочения
Коэффицие́нт укороче́ния — характеристика линии передачи, показывающая, во сколько раз фазовая или групповая скорость волны в линии передачи меньше, чем скорость света в вакууме.
Коэффициент укорочения необходимо учитывать для установления связи между электрической (определяемой по набегу фазы или задержке распространения электромагнитной волны) и физической (реальной) длинами линии передачи. Эта задача возникает при проектировании элементов на основе отрезков линий передач: линий задержки, шлейфов и трансформирующих отрезков для согласующих устройств, фазосдвигающих и инвертирующих фазу отрезков (в том числе, в симметрирующих устройствах типа U-колено). Параметр используется при диагностике фидеров для локализации неоднородности (определения места неисправности).
Коэффициент укорочения зависит от типа линии передачи, а также в общем случае от размеров её поперечного сечения и электромагнитных параметров (ε, μ) материалов, типа волны, что совместно определяет погонные параметры линии передачи (ёмкость, индуктивность на единицу длины) материалов. Как правило, коэффициент укорочения применяют для линий передачи с Т-волной (например, коаксиального типа) или квази-Т-волной (например, микрополоскового типа), то есть без выраженной дисперсии в требуемой полосе радиочастот. В противном случае коэффициент укорочения зависит от частоты, возникает затруднение в определении скорости распространения электромагнитной волны, оперируют с фазовой скоростью.
На практике понятие укорочения распространяют на резонансные проволочные (вибраторные) антенны при определении отличия их физической длины от электрической (ожидаемой), обусловленного, например, влиянием диэлектрических материалов (покрытия проводника слоем изоляционного материала), приближенных методов расчета или влиянием близлежащих объектов. Понятие коэффициента укорочения здесь теряет строгий смысл.
В экранированных линиях передачи с Т-волной (например, в коаксиальной), не содержащих магнитных материалов, коэффициент укорочения равен квадратному корню из относительной диэлектрической проницаемости материала заполнения. Коэффициент укорочения связан с погонными параметрами линии передачи:
где c — скорость света; L — погонная индуктивность; C — погонная ёмкость.
В зарубежных источниках вместо коэффициента укорочения используется обратная ему величина — коэффициент замедления (Velocity of Propagation, Velocity Factor), выражаемая в процентах. В частности, коэффициент замедления указывается производителями среди технических характеристик коаксиального кабеля.
Методы измерения коэффициента укорочения
- Коэффициент укорочения проще всего измерить с помощью импульсного рефлектометра (измерителя параметров линий передач). В опыте измеряется время прохождения элетромагнитного импульса туда и обратно вдоль линии при отражении от удалённого конца достаточно длинного отрезка испытуемого кабеля с известной длиной.
- При отсутствии рефлектометра или при слишком маленькой длине образца кабеля коэффициент укорочения можно определить косвенным методом. Для этого находится частота первого резонанса короткозамкнутого кабеля (например, с помощью генератора, частотомера и вольтметра) и вычисляется т. н. электрическая длина кабеля, соответствующая четверти длины волны (для короткозамкнутой линии резонанс по максимуму) или половине длины волны (резонанс по минимуму). Отношение электрической длины линии к её геометрической длине равно коэффициенту укорочения.
- Измерить коэффициент укорочения коаксиального кабеля с известным волновым сопротивлением можно по следующей формуле, являющейся преобразованием вышеприведенной: K = R * C * c, где R - волновое сопротивление кабеля (Ом), C - емкость одного метра кабеля (Ф), а 'c' - скорость света (м/с). После сокращений формула приобретает более практичный вид: K = Rом * Спф/м * 0.0003. Т.е. для измерения коэффициент укорочения достаточно знать волновое сопротивление кабеля и измерить его погонную емкость.
Литература
- Баскаков С. И.' Радиотехнические цепи с распределёнными параметрами — М: Высш. школа, 1980